排肥器试验台智能控制系统研究与研发设计

1、随着精细农业的发展， 精量施肥作为精细农业的重要组成部分， 其对施肥装置性能的要 求也越来越高。 排肥器性能试验是农机测试的重要组成部分， 也是研制和开发新型精量排肥 器不可缺少的重要环节。 但是， 排肥器大多是做为播种机的一部分来进行研究，没有专门用来检测排肥器性能的试验台。为此， 本论文拟开发一种操作简单、 性能可靠、运行速度快的 排肥器试验台智能控制系统。农业是人类赖以生存的基础产业。加快农业技术进步、提高农业产品产量和质量是各 个国家努力的方向。 施肥对于粮食增产、 农业增收以及保持土壤肥力等方面起到了积极作用， 人们已经认识到保持土壤肥力对作物产量的重要性。但是， 大量化学肥料以各种

2、形式投入到土壤中，也造成了环境压力。施用化肥，尤其是精量深施化肥，则是提高单产、节约用肥的 关键措施之一。 国外对此己有较多的研究，如美国玉米种植带的统计。 目前，中国已经成为 世界上最大的化肥生产国。近 30 年来，中国化肥消费总量和单位面积用量都已经达到世界 前列。 中国小麦、玉米和水稻施肥量与其他国家相比还是比较高， 但产量相对较低。化肥的 施用自然应使其能有效地被农作物吸收， 否则不仅会造成不可低估的直接损失和间接失， 而 且达不到预期的增产效果。 施肥机械性能也关系到配方施肥技术进一步发展， 恰当的施肥机 械可让配方施肥技术发挥出更加有效的作用。在我国，化肥施用以粮食作物为主，在50

3、%左右。与推荐施肥量相比，部分作物氮肥、磷肥施用过量，但钾肥用量仍需增加。因此，应把 发展节能增效的施肥机械作为农业机械化发展的重要课题。 化肥深施的意义有四： 第一， 化 肥深施会减少化肥分子挥发。 如铵态氮肥、 尿素等化肥较浅地施入土壤后， 铵态氮在土壤表 层中， 易被硝化细菌转化成硝态氮， 土壤胶体不能吸。铵态氮肥深施后，由于土壤下层硝化 细菌极少， 不易被硝化细菌转化为易流失挥发的硝态氮而存在土壤之中来被作物所吸收。 第 二，可以减少肥分子的流失。比如， 硝态氮化肥施入土壤较浅，其中硝酸根离子不能被土壤 胶体所吸附，分散在土壤颗粒之间。 有些土壤本身对化肥的吸附、 保蓄能力本身就很差，

4、要 是遇暴雨或灌溉， 化肥的有效分子便会随水或随土壤表层泥一起流失， 会使化肥效果明显降 低，从而作物的的产量就要下降。而化肥深施后， 由于土壤下层水移缓慢， 随水流失就会大 大减少，这样才能有效地被作物所吸收。 第三，深施化肥可减轻作物后期早衰。例如晚茬水 稻和低肥田所种作物， 其生育后期常因养料缺乏而早衰。 化肥深施后， 有利于供应作物生育 中、后期的养料，延长作物功能叶片的生命活力和叶绿素含量，增强光合作用能力，有利于 夺取高产。第四，化肥的深施能增强作物抗逆性。作物根系都有趋肥性，要是化肥的浅施， 会使作物根系大多集中在土壤表层， 要是有大风暴雨， 则有可能作物要倒伏。 并且也不具有

5、抗旱的作用。化肥的深施后，能够吸引作物根向土壤下层深扎，从而大大增强作物抗倒伏、 抗旱能力。 化肥深施， 是提高肥料利用率的重要措施， 并且是我国节本增效的重点工程之一。 但是深施化肥要借助性能优良的施肥机械才能得以实现， 而施肥机械又是我国农业机械发展 中的一个薄弱环节。 根据多年的实践证明：机械深施碳酸氢铵、尿素、 氮的利用率比人工表 面撒施分别由 27和 37提高到 58和 50%，深施比表施其利用率相对提高 11.5 和 35%。 然而，由于目前我国施肥机械技术的不成熟， 造成化肥施用上的极大浪费。 据有关资料介绍： 目前我国氮肥当季利用率仅为 30%-35%，磷肥利用率仅为 15%-

6、20%，钾肥利用率也不超过 65%。 化肥流失加剧了湖泊和海洋等水体的富营养化， 造成地下水和蔬菜中硝态氮含量超标， 影响 土壤自净能力。 农业面临污染对人类健康的影响不容忽视， 据调查， 累积于饮用水源特别是 井水中的化肥氮磷和农药对至少 13 个省份、数以百万计居民的健康构成威胁。因此，研制 性能良好、 适用性强的施肥机械是我国农机工作者当务之急应解决的问题之一。 农业机械作 为现代农业生产重要的组成部分， 其产品质量的优劣直接影响农业机械的作业效率， 关系到 农业增产和农民增收， 也关系到农机使用者的健康和安全。 排肥器作为施肥机械的主要部件， 其性能指标是否达到标准直接影响着施肥机械产

7、品改进、 完善和性能质量的提高， 施肥机械 制造企业科学、 合理的技术创新和经营决策， 广大农民用户的生产投入是否有针对性， 施肥 机械化技术的健康发展。 本课题拟研究开发一种适应性强、 检测性能好、 检测结果直观且清 晰的通用的排肥器试验台。几十年来， 我国排肥器的研究工作经历了一个蓬勃发展的时期。 先后研究出不少新型的 排肥器，如定孔式、螺旋式、离心式、气流式、纹盘式、窝眼轮式、型齿式、弹性刮片式等 排肥器。这些排肥器从国外引进 , 或是我国自行研制，对促进我国施肥机械技术的发展起了 一定的积极作用。但真正实现适应范围广、使用可靠、排肥性能好的排肥器却很少。现有的 化肥排肥器种类很多，常用

8、的有外槽轮式、转盘式、离心式、螺旋式、星轮式和振动式等几 种。 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。美国在 1830 年就公布了施肥机械的第一个专利一撒石灰机。到上世纪 30 年代，他们 的施肥机械生产已初具规模， 70 年代己拥有相当数量的用于有机肥料与化肥的贮运、装卸 及田间作业的各种类型的机具，从而实现了施肥过程的全面机械化。直到20世纪 50 年代，我国的施肥机械技术研究工作才开始起步， 比国外发达国家晚了 100 多年。 为加快我国排肥 机械的发展速度， 缩小与发达国家的差距， 我国早期排肥器主要从国外引进。 这些引进的排 肥器也确实给我国施肥机械技术的发展注入了活力。 而国外用于条施作业的排肥器

9、基本上都 只适用于小颗粒化肥。 故而， 我国施肥机具仍面临适应粉状与小颗粒状、 干燥与潮湿两类物 理机械性状截然不同的化肥排施问题。 因此， 研究出适合我国化肥特性和农艺技术要求的通 用性强、结构简单、工作性能可靠的排肥器是我们农机研究工作者刻不容缓的任务。 聞創沟 燴鐺險爱氇谴净。由于精密农业机械的发展方向为大型化，排肥器常常作为播种机的一部分来进行整体 的研究， 单独对排肥器检测的研究并不多。 对排肥器性能检测的技术主要借助于排种器的检 测技术。 精密播种技术已成为现代播种技术的主要发展方向， 而实施精密播种技术的精密排 种器性能优劣直接影响精密播种的质量。 快速、准确地检测精密种器的性能

10、已成为研究和评 价精密播种机质量的核心。 国内外研究人员都非常关注精密排种器测试手段的研究， 目前已 研究出多种检测设备和检测方法。国内采用的方法主要有：直接观测法、帆布带法。近些年 来，播种均匀度测定方法主要有压电效应法、 光电效应法和高速摄影法、 基于微机的检测法、 基于图像处理的检测法和基于虚拟仪器的检测系统等。 残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。 精密排种器检测装置发展趋势随着计算机视觉系统的高灵敏度、低噪音及快速排种器性能检测系统的发展，对于实现 高精度检测排种器性能的各项指标具有重要意义。提高精度是精密排种器发展的重要的一 环，检测系统各项指标将直接影响采集种子图像的质量， 且制约着图像中种子

11、特征参数提取 的准确性、 种子空间位置的恢复精度及系统的运行速度。 所以，为准确、 快速地检测排种器 性能，全面地设计和优化检测系统是提高精密排种器检测装置精度的有效途径。 酽锕极額閉镇 桧猪訣锥。精密排种器的检测手段从人工检测到计算机视觉系统和图像处理技术的应用，检测性能有了很大的提高， 为了能更精确、 高效地检测精密排种器的性能， 达到能检测精密排种器的各项 指标，还需进一步研究种子一系列随机因素。今后，播种机应向着适应性强、多功能、高效 率的高速精密播种器方向发展， 高速精密播种机的性能检测将依靠更先进、 更可靠的高精度 检测设备来完成。 彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。精量施肥是现代精细农业的重

12、要组成部分，排肥器性能的优劣是实施精量施肥的重要前 提之一， 因此研制开发排肥器智能检测试验台是实施精细农业的前提条件。 本论文以现代精 细农业思想为指导， 针对排肥器性能检测这一主题， 并结合当前国内外已有的测试装置的优 缺点，系统地对排肥器智能测试试验台的软硬件进行设计和试验研究。研究设计内容如下： 謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。1）设计开发测试系统的硬件结构，包括传感器的设计、传感器数据处理电路设计、单片 机的设计、步进电机驱动器的设计等。 厦礴恳蹒骈時盡继價骚。2）因为机具在田间作业时受地形和地势的影响，其行驶速度在大多数情况下是无规律的突变的变速运动， 所以施肥机械的实际效果和实验数据往往有

13、较大差异。 本文把检测时间分 成若干个时间段，通过对各时间段内速度的设定来模拟机具在田间作业时的实际情况。 茕桢 广鳓鯡选块网羈泪。3）运用数值分析方法，对采集到的数据建立数学模型。并由此数学模型对系统所得到的 数据进行处理，得到排肥器的性能指标。 鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。4）设计可视化的人机交互式的上位机程序，方便用户输入各项参数数据，并能够处理下 位机所传递上来的数据信息。 籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。5）设计下位机的软件，使之能够执行上位机传来的各项指令、驱动传感器和步进电机工 作，最后把所得到的数据传给上位机。 預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。系统总体设计本系统是一个小型的分布式数据采集与控制系统， 是

14、由数据采集 （称重传感器） 、下位机 （单片机） 和执行机构 （步进电机、 排肥轴、 排肥器） 上位机 （计算机） 等组成的控制系统。 渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。其中数据采集由相应的 AT89S52单片机实验系统、称重传感器、信号放大器、A/D数模转换所组成。 下位机既可以完成各种信息的采集、 预处理及存储任务， 又可接收从上位机送 来的控制参数设置。 执行机构通过单片机产生的脉冲驱动步机电机， 主要检测系统的动力装 置。上位机选用Intel赛扬2.0系统机，配置1G内存，80GB硬盘，有较强的数据存储、处 理能力。 上位机根据用户的检测情况来完成各项参数的设定， 并通过串行通信将参数传递给 下位

15、机，同时也对上位机传递上来的数据进行分析和处理。铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。上位机完成各项参数的设定后就向单片机发出启动信号，同时准备接收下位机即单片机 发送来的信号和数据。 被启动的下位机， 一方面按上位机的指令要求启动步进电机， 另一方 面同时启动称重传感器， 并将采集到的信号经放大器放大，送入A/D转换电路换成相应的数字量后送入单片机， 然后通过串行通信把采集到的数据向上位机发送。 上述测试和数据采集 擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。 过程结束后，计算机便把接受到的数据进行存储、计算处理、显示、打印。电子天平的核心部件是称重传感器，电阻应变式传感器特点：精度高，测量范围广；使用寿命长，性能稳定可靠；结构

16、简单，体积小，重量轻；频率响应较好，既可用于 静态测量又可用于动态测量；价格低廉，品种多样，便于选择和大量使用。由于电阻应变 式传感器具有一系列优点，已被应用到了几乎所有称重领域和各种测力领域。贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。电阻应变式传感器由感压装置、电阻应变片和惠斯登测量电路三部分组成，其工作原 理是：被测负载作用在弹性感压装置上使其发生弹性形变； 通过粘性物质使粘贴在感压装置 上的电阻应变片发生形变， 进而转化成应变片的阻值大小变化； 通过惠斯登测量电路将电阻 应变片的阻值变化，转化为与负载成正比的电信号输出。 坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。称重传感器的桥式结构决定了其输出与激励电压息息相关，为提高精度须

17、使用高精度的 电压源作为激励， 此外高精度的 A/D 转换也要求使用精密电压源作为参考， 若按常规方法考 虑，需要两个精密电压源，实现起来难度较大，成本也高，为此我们采用了比例测量技术。所谓比例测量技术， 是指ADC参考电压与称重传感器的激励电压由同一电源提供。蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。本系统采用了 DALLAS公司的MAX4460仪表放大器，其具有高精密、低功耗、以及优异 的增益带宽。 专有的设计技术使这些器件具有地检测能力、 超低输入电流以及增强的共模抑 制性能。MAX4460具有可调增益，以地作为参考电压。其增益为GAIN=1 +R8/R7。本系统采用了 DALLAS公司的MAX1116数模

18、转换芯片，其是 8位转换器，模拟信号经芯片转换后通过 串行通信的传送方式传送给单处机以做进一步的数据处理。根据本课题的特点，我们选用 ATMEL公司89系列的标准型单片机 AT89S52買鯛鴯譖昙膚遙闫撷凄。下面就本系统所用到的引脚对其功能和在本系统中的作用做简单介绍。P0 口： P0 口是一个8位漏极开路的双向I/O 口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对 P0端口写“ 1”时，弓I脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0 口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在 flash编程时，P0 口也用来接收 指令字节；在程序校验时，输出指令字节。

19、程序校验时，需要外部上拉电阻。在本系统中， P0 口的具体功能为： P0.0、 P0.1 、 P0.2、 P0.3 ：输出步进电机的控制脉冲。 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦 辚糴。P1 口： P1 口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P1输出缓冲器能驱动 4个TTL逻辑电平。对P1端口写“ 1 ”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流(IIL )。此外， P1.1和 P1.2 作定时器 /计数器 2 的外部计数输入( P1.1/T2 )和定时器 /计数器 2 的触发输入 (P1.1/T2EX )。在 flash 编程和校

20、验时， P1 口接收低 8 位地址字节。 驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。在本系统中，P1 口的具体功能为：P1.0 :由单片机产生的 A/D转换器的主时钟 SCLKP1.1 :单片机接收 A/D转换后的数据输入端口。P1.2 :由单片机产生的 A/D转换器的控制脉冲 CONRST复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位；看门狗计时完成后，RST脚输出晶振周期的高电平，特殊寄存器AUXR地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2 :振荡器反相放大

21、器的输出端。RXD串行通信的RX接收输入端口。TXD串行通信的TX发送输出端口。数据分析与处理本系统中， 排肥器通过步进电机的驱动使肥料由肥箱下落到称重传感器的托盘上。 随着 检测时间的增加， 托盘上的肥料也越来越多， 并通过称重传感器对其进行采样。 采样值通过 放大、 模数转换后， 经单片机和串行端口传送给计算机。 计算机如何从这些数据得到反映排 肥器性能的具体数据和指标， 并通过图像法来再现肥料的实际流量？本文采用了数值分析中 锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。的三次样条插值完成这一任务。随着计算机的广泛应用和科学技术的高速发展， 大量复杂的科学计算问题呈现在人们面 前，要完成这些工作， 仅靠人的自身

22、努力是不可能的， 必须借助于计算机这一人类有史以来 最伟大的科技发明， 而使计算机有效解决科学计算问题的关键技术是数值计算方法。 一般的， 用计算机进行科学与工程计算时要经历如下过程： 構氽頑黉碩饨荠龈话骛。实际问题T数学建模T提出数值问题T设计实用的数值计算方法T软件实现T程序的 执行T结果的分析验证及可视化。輒峄陽檉簖疖網儂號泶。可见，数值分析是科学与工程计算过程中必不可少的环节。 它以纯数学理论为基础， 着 重研究解决问题的数值方法及效果， 如数值方法的收敛性、稳定性、误差分析，以及怎样使 计算速度最快、 存储量最少等问题。 数值分析不能被片面地理解为数值方法的简单罗列和堆 积，它是一种

23、与计算机使用密切结合的实用性很强的计算方法。由实际问题的提出到上机求得问题解答的整个过程都可以看作是应用数学的任务。 如数值分析就是研究用计算机解决数 学问题的数值方法及其理论， 它的内容包括函数的数值逼近、 数值微分与数值积分， 非线性 方程数值解、数值代数、常微分和偏微分数值解等。尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。在许多实际问题及科学研究中， 因素之间往往存在着函数关系， 但是， 这种关系经常很 难有明显的解析表达， 通常只是出观察或测试得到一些离散数值， 有时， 虽然给出了解析表 达式， 但是，由于解析表达式过于复杂， 使用或计算起来十分麻烦。对于实际中的这些复杂 函数，我们希望重构造一个既能反映函

24、数的特性又便于计算的简单函数， 近似代替原来的函 识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。数。于是， 这就自然需要去建立函数的某种近似表达，本节所讨论的函数插值就是函数近似表达的种形式。插值法是一种古老的数学方法， 它来自生产实践， 早在一千多年前， 我国科学家在研究 历法上就应用了线性插值与二次插值。 但它的基本理论和结果却是微积分产生以后才逐步完 善的。其应用也日益增多，特别是在电子计算机广泛使用以后，由于航空、造船、精密机械 加工等实际问题的需要， 使插值法在实践上或理论上显得更加重要， 并得到进一步发展， 尤 其是近十几年发展起来的样条 (spline) 插值， lagrange 插值法更获得了广泛的应

25、用。 凍鈹鋨 劳臘锴痫婦胫籴。适当地提高多项式的次数， 有可能提高计算结果的精确程序。 但是插值多项式的次数不 是越高越好，在大范围内使用高次插值时，会产生激烈的振荡，即龙格(Ru nge)现象。因此在实际计算中， 我们很少采用高次插值， 常常用分段低次插值进行计算， 即把整个插值区 间分成若干个小区间， 在每个小区间上进行低次插值。 分段低次插值函数具有计算简单、 稳 定性好、 收敛性有保证且易在电子计算机上实现等优点， 但它只能保证各小段曲线在连接点 上的连续性，却不能保证曲线的光滑性。早期工程师制图时，把富有弹性的细长木条 （ 所谓 样条 ）用压铁固定在样点上，在其他地方让它自由弯曲，然

26、后画下长条形曲线，称为样条曲 线。它实际上是由分段三次曲线并接而成， 在连接点即样点上要求二阶导数连续， 从数学上 加以概括就得到数学样条这一概念。 它既保留了分段低次插值多项式的各种优点， 又提高了 插值函数的光滑性。 恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。单片机接收到上位机的指令后， 按照设定的转速来启动步进电机。 步进电机按照既定速 度下带动排肥器的排肥轴转动， 排肥器开始排肥。 随着肥料不断地下落到称重传感器的托盘 上，压力不断地增加， 称重传感器所测试的值也相应地增加。 通过系统对其采样周期的设定， 其采样值通过串口通信传输到计算机上，并存储到存储器上。 鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。在整个测试过程中， 无

27、论选择任何种类的肥料， 首先应确定测试过程的时间和单位面积 的平均排肥量； 其次， 为了检测排肥器对各种地形和地势的适应性，系统则把整个检测过程分为若干个时间段， 并对各个时间段的机具行进速度赋值 （其大小应在合理的范围内， 一般 为 0-12 米/ 秒）。在这三个参数确定下来以后，系统的初始化结束进入检测阶段。进入该阶 段后，系统把上述三个参数信息通过串行通信传给单片机， 以使单片机按此信息执行相应的 程序来启动步进电机和称重传感器工作， 与此同时单片机也把由称重传感器获得的已下落到 托盘的肥料重量通过串行通信上传给计算机。 此阶段工作结束后， 为了得到排肥器的性能指 标，需要对计算机对已获

28、得的下落到托盘的肥料重量数据进入数据处理分析， 以得到反映排 肥器性能的图像和具体数据。 为了上述过程， 整个测试系统软件采用结构化和模块化设计方 法。其程序分为上位机程序即PC机系统程序和下位机程序即单片机系统程序两部分。PC机系统程序使用Visual Basic进行开发，单片机系统程序采用 C51语言进行开发的，通KeilC51 进行调试和编译并转化为机器语言。 硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。本测试系统是一个计算机应用系统。 计算机作为中心主机， 单片机作为智能接口的下级 机，两者通过 RS-232 交换信息。计算机完成机具行进速度、检测时间、排肥量等系统参数 的设定， 同时把这些参数传送给下位机

29、去执行相应的程序； 然后接收下位机通过串口通信所 传送上来的下落肥料的数据并存储起来， 最后对采集到的数据进行数据处理和显示。 这就要 求主机运行的程序应具有良好的人机交互界面， 所选用的编程语言应是一种适于编制友好的 人机交互界面的高级语言。基于上述的原因，主机选用Micorsoft ViSual Basic6.0 forWindows的编程系统编程。Mieorsoft Visual Basic（VB） 是微软公司1991年推出的新一代Basic 语言，它保留了原有 Basic 语言的功能和简单易用性，同时增加了图象处理、声音处 理、文字处理、创建数据库和电子表格、数据通信等功能。VB 编程

30、系统，引入了部分面向对象的机制，提供了一种所见即所得的可视界面设计方法，使用户界面开发变得十分容易。 该系统软件依照用户至上的原则， 采用人机交互方式， 并尽量减少击键次数， 采用下拉式菜 单、弹出式窗口、对话框、提示操作、热键操作、帮助窗口等技术，最大限度方便用户的操 作。 VB 语言是以过程体为单元，以事件触发执行过程体完成软件功能的，因此上位机的软件是由多个模块组成， 每一个模块完成一项功能。 系统软件主要由 5 大模块组成， 即打开历 史记录模块、系统初始化模块、检测模块、计算并显示结果模块、帮助文件模块。主模块的 菜单，它主要完成多任务系统的管理窗口，该窗口利用VB 中命令按扭的单击

31、事件进行任务选择，然后进入相应模块的管理窗口并进行相应的操作，同时对各个窗口的进入顺序有一定的要求，系统会对用户的操作过程进行一定的提示，使操作人员对整个管理系统一目了然。 如用户只有在对系统参数设定窗口进行确定之后才能进入检测窗口， 而计算并显示结果窗口 只有在系统检测模块完成之后才能进入。 在本文中， 我们重点介绍系统初始化模块和检测模 块。 阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。在系统初始化模块中主要是对测试时间和机具的行进速度进行确定。 用户可根据排肥器 具体情况来设定各项参数。1）测试时间和排肥量的的设定 系统的测试时间选择问题是影响测试结果的重要因素。如果测试时间太短，则由于采样 数据太少， 而不

32、能完全反映排肥器的真实性能。 但是如果测试时间太长， 则采样数据太多而 增加计算机的运行负担，造成测试系统的运行速度缓慢。 （因为程序的数值计算涉及到三次 样条插值计算和解超大型的线性方程组，计算机需要运行的次数很多，需补充程序算法） 。 氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。综合考虑上面两个因素，我们设定了测试时间的选择范围为120 240S。设定排肥器排肥量的主要作用是检测排肥器的精确性。 本系统对其排肥量的范围做一限定， 检测人员可根 据田间作业时的实际情况选择排肥量，其选择范围内为 25 75Kg/hm2 。 2）机具行进速度的 确定 釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。由于地形和各种不确定因素的影响， 考虑到机具

33、在田间作业时其行驶速度并非是匀速度 运动， 而是在局部时间段内是匀速的行驶。 因此我们设定以每 10s 作为一个局部时间段， 在 此时间段内机具的行驶速度是不变的。 因为农业机具在田间实际作业时， 其行驶速度一般不 会大于17m/s，我们设定的其行驶速度的范围为020m/s。如果输入的值超过此范围，则系怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。统会自动弹出警告信息， 告诉用户此值无效， 提示用户输入的值应在 （0,20） 之间。 如果用户 设定的测试时间小于 240s，则在大于用户设定的测试时间后的机具行驶速度的值系统会自 动置 0。另外，我们还提供了随机生成机具行驶速度的功能，以防止人工干预造成测试误差 较大。

34、 用户完成测试时间和行驶速度的参数设定后， 点击测试菜单进入检测模块。 计算机首 先通过串口通信把测试时间和行驶速度的参数信息传递给单片机。单片机接收到指令后， 启动步进电机带动排肥轴开始转动， 同时开启称重传感器开始工作， 并把称重传感器测试得到 的肥料的采样值通过串口通信传送给计算机。 在此过程中， 人机交互界面上以进度条并附加 完成百分比的形式来显示任务的完成情况。 在测试过程中， 如果出现各种异常情况， 用户随 时可以点击放弃按钮来取消当前测试。 测试结束后， 用户可以通过点击保存按钮把此数据保 存到计算机中以方便以后查询；点击完成按扭则把结果保存到计算机内存中并退出此模块。 谚辞調担

35、鈧谄动禪泻類。本系统检测排肥器性能指标有两个，分别是是均匀性和精确度。排肥器的均匀性是指在 肥量一定时由排肥管流出的肥料是否始终一致； 排肥器的精确度是指在某一确定的肥量下根 据步进电机的转数模拟出来的机具行走距离与理论上机具应走的距离之间的比值。 这两个指 标是对同一组数据进行不同的数据处理所得到的不同性能指标。 当检测过程结束后， 由称重 传感器测量肥料的流量所得到的数据经单片机的串行通信全部传送给计算机， 并存储在计算 机的存储器上。 嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。因为肥料类型、 排肥量、 机具行进速度需要有不同的参数来说明排肥器的性能， 所以要 进行多次测试， 但这些过程所测试的目的都是一致的

36、。因此， 它们所需要运行的程序也全部相同，只不过是在测试次数上的累加。 根据数据处理的结果和测试时所输入的具体参数相比 较可以得到排肥器的性能，主要体现在以下几个方面： 熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。1）排肥器的通用性，是指排肥器能否适用于面状、粉状、颗粒状等各种肥料。在相同参 数下分别来检测各种状态的肥料， 如果所得到的图形和数据的差别在一定范围之内， 说明排 肥器的通用性好。反之亦然。 鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。2）排肥器是否受地形、 机具行进速度等因素的影响。 根据图 5.4 中的机具行进距离与流 量的关系图可得到此性能指标。 理论上，曲线是与横坐标平行的直线则排肥器完全不受地形、 机具行进速度等因

37、素的影响，说明排肥器的均匀性最好；曲线起伏较大，则说 纣忧蔣氳頑莶驅 藥悯骛。明排肥器受地形和行进速度的影响较大，排肥器有待改进。3）排肥器是否能适应各种排肥量的要求。 在一定距离内， 设定不同的排肥量，排肥器都 能顺利在完成任务， 则说明排肥器对肥量要求上有很好的适应性， 在排肥器流量与行进距离 的关系图中表现出来的就是曲线的起伏很小，越平滑越说明适应性好。反之亦然。 颖刍莖蛺饽 亿顿裊赔泷。在本系统中下位机接收到上位机对步进电机转动速度的指令后， 开始按照上位机设定好 的转速来启动步时电机， 与此同时， 传感器接收到单片机发来的指令开始工作， 并通过信号 的放大、 模数转换把信息传递给单片

38、机， 单片机通过串行通信把此数据传送给计算机。 此过 程由于没有反馈的存在， 所有的动作执行都是按照既定参数来运行。 所以是一个开环控制系 统。在进行下位机的程序设计之前， 首先要介绍一下 AT89S52 的定时器功能及其特殊功能寄 存器的用法。因为步进电机的驱动脉冲、A/D转换器的SCLK串行通信的波特率的设定及LCD液晶显示器的时时扫描都需要对其进行设置。AT89S52单片机共有3个定时器，分别是定时器TO、定时器T1和定时器T2。在AT89S52单片机中除了用来进行计数的TH0 TLO、TH1、TL1、TH2、TL2 这 6 个特殊功能寄存器外，还有四个特殊功能寄存器与定时器/计数器有关，其编程操作通过四个特殊功能寄存器TMOD T2MODTCON T2CON的状态设置来实现。特殊功能寄存器 TMOD T2